Магнитное поле — это поле, способное создавать явления притяжения и отталкивания. Он встречается на всей поверхности Земли и в некоторых диамагнетиках. Некоторые эффекты магнитов на атомы со спаренными электронами обсуждаются ниже.
магнитное поле Земли
Магнитное поле Земли является мощным щитом, защищающим планету от космического излучения и заряженных частиц Солнца. Поле также отвечает за появление северного сияния, естественного проявления солнечных ветров. Несколько источников вносят вклад в магнитное поле, включая ионосферное динамо, намагниченность земной коры и геомагнитное динамо.
В дневное время дневное магнитное поле Земли ограничивается небольшой частью планеты. Но ночью он простирается далеко за пределы орбиты Луны. Вот почему иногда трудно определить, как меняется магнитное поле в течение года.
За последние 160 миллионов лет магнитные полюса менялись местами не менее 183 раз. Однако среднее время между инверсиями составляет около 300 000 лет. Эти инверсии влияют на магнитосферу и силу поля. Они важны для палеомагнетиков, которые рассчитывают силу магнитного поля и изучают тектонику плит.
Когда магнитные полюса меняются местами, дипольная часть поля слабее, а общее поле увеличивается. Однако полюса продолжают вращаться вверх на Южном магнитном полюсе.
Постоянные магниты
Постоянный магнит — это тип магнита, который непрерывно генерирует и поддерживает магнитное поле. Эти устройства используются в самых разных областях, от сотовых телефонов и застежек для кошельков до дверей холодильников. В зависимости от материала постоянные магниты могут притягивать определенные материалы на расстоянии. Они очень долговечны и энергоэффективны.
Постоянные магниты изготавливаются из ферромагнитного материала. Обычные ферромагнитные материалы включают железо, никель и кобальт. Были разработаны и другие ферромагнитные материалы, включая керамику, гадолиний и неодим. Сталь, обычный металл, также используется для изготовления постоянных магнитов.
Постоянные магниты создаются в процессе нагревания ферромагнитного материала до высокой температуры. Это заставляет атомы перестраиваться, создавая магнит. После завершения процесса магнит готов к использованию.
Постоянные магниты обычно имеют форму стержня с северным полюсом на одном конце и южным полюсом на другом. Северный полюс отталкивает другой полюс.
Диамагнитные материалы
Диамагнетик — это тип вещества, проявляющего магнитное взаимодействие в присутствии магнита. Эффект слабый, но его можно наблюдать в различных материалах. Некоторые примеры включают воду, золото, мрамор, медь, цинк, серебро и некоторые пластмассы.
Материалы с диамагнетизмом ведут себя противоположно материалам с ферромагнетизмом. Они отталкивают сильные магниты, но слабо притягиваются. Однако такое поведение часто маскируется притяжением более сильного магнита.
Диамагнетизм возникает, когда в атоме индуцируется магнитный диполь. Это вызывает крошечную петлю атомного тока. В отсутствие магнитного поля диполь ориентирован случайным образом. Но в присутствии магнитного поля он выравнивается с приложенным полем. Он также поляризован в направлении, противоположном магнитному полю.
Почти все проводники проявляют эффективный диамагнетизм при движении в магнитном поле. Однако сверхпроводники излучают все свои магнитные поля изнутри. Они считаются идеальными диамагнетиками.
Воздействие магнитов на атомы только с спаренными электронами
Магнитные свойства можно найти у многих материалов, и они могут иметь разные свойства в зависимости от структуры и количества неспаренных электронов в системе. Магнетизм встречается в различных формах, включая ферромагнетизм, антиферромагнетизм и парамагнетизм.
Магнитное поле может притягивать или отталкивать атом. Существует два типа взаимодействий: обменное и спин-спиновое взаимодействие. В проводящем материале магнитное поле вызовет протекание тока, который индуцирует магнитный момент. Однако взаимодействие очень слабое.
Атом с одним парным электроном никогда не будет намагничен. Его магнитный момент компенсируется внешней электронной оболочкой. С другой стороны, атом с парой d-электронов будет сильно намагничен. Железо и хром являются примерами этого.
Другой тип магнитного эффекта — диамагнитный. Электроны вращаются вокруг микроскопических молекул, сообщая каждому электрону магнитный момент. Вот почему магнитное поле может притягивать атом. Магнитный момент компенсируется неспаренными электронами. Диамагнетизм обычно наблюдается в переходных металлах. Примеры включают кобальт и железо.